(57)【要約】【課題】  ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置において、放射光形状を真円に近づけるために垂直放射角θｖを低減する際、レーザの発振閾値電流の上昇が生じていた。また、放射光の形状に軸ずれ・ガウシアン分布からのずれが生じていた。【解決手段】  ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置において、窓長さを４８μｍ以上８０μｍ以下とし、窓部で導波光形状を変換して垂直放射角を小さくする。これにより、発振閾値電流の増大を抑えながら、θｖを９゜以上１４゜以下と従来に比べ低減し、垂直放射光の軸ずれを−１度から１゜以内にできる。また好ましくは量子井戸層厚を６．５ｎｍ以下にする。これにより窓部での垂直放射角変換量を大きくできるためθｖが低下する。また好ましくは窓部における光損失増大を抑制するため、窓部形成後に第２のアニール工程を行う。【選択図】図２
2006269759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、上クラッド層をこの順に形成した光導波路を備え、光出射端面より光を放射する半導体レーザ装置であって、
前記光導波路の前記光出射端面近傍には、前記量子井戸層が無秩序化した活性層を有する窓部が形成され、
前記窓部における垂直方向の光強度分布が、前記窓部が形成されていない非窓部における垂直方向の光強度分布よりも広がっており、
前記窓部の前記光出射端面からの長さが４８μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記非窓部における垂直方向の光強度分布の広がりによって決まる垂直放射光の広がりの半値幅が、前記光出射部から放射される垂直放射光の広がりの半値幅よりも３゜以上大きいことを特徴とする請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記光出射部から放射される垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１４度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記光出射端面に鉛直な方向と前記垂直放射光ピークの方向とがなす軸ずれの角度が−１゜から１゜の間であることを特徴とする請求項１、２もしくは３のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記量子井戸層の層厚は６．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３もしくは４のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記量子井戸層数が４以上６以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４もしくは５のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記下クラッド層は、前記活性層から離れた部分にある第１下クラッド層と、活性層に近い部分にある第２下クラッド層よりなり、
前記第１下クラッド層のＰＬ波長が前記第２下クラッド層のＰＬ波長より２ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であり、前記第２下クラッド層の厚さが１．５μｍ以上３．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５もしくは６のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記下クラッド層は、前記活性層から離れた部分にある第１下クラッド層と、活性層に近い部分にある第２下クラッド層よりなり、
前記第１下クラッド層のＰＬ波長が前記上クラッド層のＰＬ波長より２ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６もしくは７のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法であって、
ｎ型下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、ｐ型上クラッド層を順次積層したウエハを形成する工程と、
前記ウエハにおける窓部を形成する部分の表面にｐ型ドーパント拡散源を形成する工程と、
前記量子井戸層を有する活性層の無秩序化を行う第１のアニール工程と、
前記ｐ型ドーパント拡散源を除去する工程と、
第２のアニール工程と、
前記ｐ型ドーパントの拡散によって形成された窓部の長さが４８μｍ以上８０μｍ以下となるように光出射面を形成する工程を行うことを特徴とする、
ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１に記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法であって、
ｎ型下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、ｐ型上クラッド層と、ｐ型キャップ層を順次積層したウエハを形成する工程と、
前記ウエハにおける窓部を形成する部分の前記ｐ型キャップ層の表面にｐ型ドーパント拡散源を形成する工程と、
前記量子井戸層を有する活性層の無秩序化を行う第１のアニール工程と、
ｐ型ドーパント拡散源と窓部におけるｐ型キャップ層を除去する工程と、
第２のアニール工程と、
前記ｐ型ドーパントの拡散によって形成された窓部の長さが４８μｍ以上８０μｍ以下となるように光出射面を形成する工程を行うことを特徴とする、
ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１１】
前記量子井戸層の層厚が６．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９または１０に記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１２】
前記量子井戸層数が４以上６以下であることを特徴とする請求項９、１０もしくは１１のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第２のアニール工程における温度は、５７０℃以上８５０℃以下であることを特徴とする請求項９、１０、１１もしくは１２のいずれかに記載のＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窓構造半導体レーザ装置およびその製造方法に関し、特に、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの光ディスクへのデータの書き込み用および光ディスクからのデータの読み取り用（以下、「光ディスク用」という。）に適した高出力動作を行うことができる窓構造半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク用の半導体レーザとして、通常は端面出射型の半導体レーザが用いられている。光ディスク用の半導体レーザでは、光ディスク上で極力真円に近いスポット形状が得られるレーザ光が必要とされる。しかし、一般に端面出射型のレーザ放射光の広がりは、垂直方向の放射角半値幅（以後θｖと記す）と水平方向の放射角半値幅（以後θｈと記す）とで異なる。楕円率はその比θｖ／θｈであって、例えばθｖ＝１８゜、θｈ＝９゜、楕円率θｖ／θｈ＝２といった値をとる。
【０００３】
このように通常は垂直放射角θｖの方が大きいため、レーザ光の断面形状を真円状とするために、楕円状のレーザ光を整形プリズムなどの整形手段で真円状とする手法や、楕円状のレーザ光周縁の一部を除去して真円状とする手法が用いられている。しかしながら、前者の手法にはレーザ光の整形手段を導入することが半導体レーザのコストアップにつながるという問題がある。また、後者の手法にはレーザ光の利用効率が低下するため、使用可能なレーザ光出力が減少するという問題がある。
【０００４】
特許文献１には低楕円率の半導体レーザが記載されている。この半導体レーザの斜視図を図１９に示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＳｉドープＧａＩｎＰバッファ層２、Ｓｉドープ（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層３、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる２つの光ガイド層の間にＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ（多重量子井戸））層を有する活性層４、Ｚｎドープ（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型第１クラッド層５およびｐ型第２クラッド層６が形成されている。その上にＺｎドープＧａＩｎＰからなるｐ型コンタクト層７が形成されている。また、ＳｅドープＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐ光閉じ込め層８、ＳｅドープＧａＡｓ電流ブロック層９、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１０が形成されている。活性層４における量子井戸層の数は３、厚さは８ｎｍ、障壁層（バリア層）数は２、厚さは５ｎｍである。また、光出射端面近傍にはＺｎ拡散領域１３（窓部）が形成されており、高出力光の出射に伴う光出射端面の劣化を防止している。
【０００５】
出射されるレーザ放射光２０の広がりは、垂直方向（図１９のｙｚ面）の放射角半値幅θｖと水平方向（図１９のｘｚ面）の放射角半値幅θｈとで異なる。ただし図１９のｙ方向は基板１の各層を形成する面に垂直な方向、ｚ方向は光出射端面に垂直な方向、ｘ方向は基板１の各層を形成する面に平行でｚ方向に垂直な方向である。
【０００６】
特許文献１においては、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる光ガイド層の厚さを２０ｎｍから１５ｎｍまで、光ガイド層のＡｌ混晶比ｘを０．３９から０．６７まで変化させることにより、θｖを２２．０度から１２．５度まで調整できることが記載されている。しかし図２０の電流−光出力関係に示すように、θｖを低下させるにつれて、光出力がゼロから立ち上がる点である発振閾値電流が増大している。これは、θｖを小さくしようとすると、光導波路内部の光が垂直方向に広がるため、量子井戸層内における光強度が減少し、レーザ発振が起こりにくくなるためである。
【０００７】
また、半導体レーザにおける窓長さと発振閾値電流の相関関係が非特許文献１に開示されている。図２１に示すように、窓長さを２０、４０、１００μｍとしたときに、窓長さを増大するにつれて発振閾値電流が増大することが記されている。このような知見により、一般には窓長さは短いほどよいとされており、例えば特許文献２では窓長さ２０μｍ、特許文献３では光出射端面側の窓長さ３０〜４０μｍの例が記されている。
【０００８】
さらに、光ディスク用として良好に利用できる放射光形状としては、上述の垂直放射角θｖが小さく低楕円率であるだけでなく、垂直放射光の軸ずれ（垂直放射光分布がピークとなる方向と、光出射端面に対し鉛直な方向（０゜）のなす角度）が少ないこと、垂直放射光形状がガウシアン分布形状（後述）に近いことも重要であるが、特許文献２の従来例に記載されているように、窓構造半導体レーザにおいて、垂直方向の放射光広がりのピーク角度が、光出射端面に鉛直な方向（ｚ軸方向）に対して０．５〜３度程度ｎクラッド層側に傾く、垂直放射光の軸ずれ（φｖと記す）という問題が生じていた。また、これに伴い、垂直放射光形状がガウシアン分布形状からずれるという問題が生じていた。このように放射光形状が悪化すると、光ディスクに使用する際に光利用効率が低下したり、光ピックアップにおける信号読み取りエラーが増大するという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−３５３５６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５３８２号公報
【特許文献３】特開２００４−８７８３６号公報
【非特許文献１】Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｔｏｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｒｅｌｉａｂｌｅ，５０−６０ｍＷ−Ｃｌａｓｓ，  ６８５  ｎｍ，  Ｗｉｎｄｏｗ−Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ”，  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ３６，  Ｐａｒｔ  １，  Ｎｏ．５Ａ，  １９９７，  ｐａｇｅ  ２６６８，  Ｆｉｇ．６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
窓構造を有する半導体レーザにおいて放射光の楕円率を低減するため、垂直放射角θｖを低減すると、発振閾値電流の増大が生じ、特に垂直放射角θｖを１５度以下にしようとすると、急激に発振閾値電流の増大が生じていた。
【００１０】
また、窓構造を有する半導体レーザにおいて、垂直放射光分布中心の軸ずれ（φｖずれ）および垂直放射光形状がガウシアン分布形状からずれる問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、放射光の利用効率を高めるため、閾値電流の増加を抑制しつつ垂直放射光の放射角θｖを低減する。さらに、垂直放射光の軸ずれφｖが低減され、垂直放射光がガウシアン分布形状に近い窓構造半導体レーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明は、下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、上クラッド層をこの順に形成した光導波路を備え、光出射端面より光を放射する半導体レーザ装置であって、光導波路の光出射端面近傍には、量子井戸層が無秩序化した活性層を有する窓部が形成され、窓部における垂直方向の光強度分布が、窓部が形成されていない非窓部における垂直方向の光強度分布よりも広がっており、光導波路における前記窓部の前記光出射端面からの長さ（以下、「窓長さ」とする。）が４８μｍ以上８０μｍ以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。このように従来の典型的な窓長さである２０〜４０μｍよりも窓長さを長くすることによって、非窓部における導波光の強度分布形状に対して、窓部における導波光の強度分布形状を変換して広げることができ、その結果、非窓部に光出射端面を有する場合の仮想的な垂直放射角θｖに比べて窓部での垂直放射角θｖを小となるようにすることができるため、発振閾値電流の増大を抑制しつつ垂直放射角をより小さくできる。
【００１３】
例えば、窓長さが５３μｍ以上８０μｍ以下であれば、垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１３度以下となり、さらに低楕円率化が図れるのでより望ましい。また、窓長さが５８μｍ以上８０μｍ以下であれば、垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１２度以下となり、さらに低楕円率化が図れるのでより望ましい。
【００１４】
（２）また、本発明は、非窓部における垂直方向の光強度分布の広がりによって決まる垂直放射光の広がりの半値幅（「θｖ（非窓部）」とする。）が、前記窓部より出射する垂直放射光の広がりの半値幅θｖよりも３゜以上大きいことを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。実際に発光に寄与する領域である非窓部におけるθｖ（非窓部）が大きいほど半導体レーザの閾値電流が低くなるため、θｖ（非窓部）をθｖより３゜以上大きくすることにより、θｖ（非窓部）とθｖが同じ場合に比べて半導体レーザの閾値電流を低減することができる。さらに、θｖ（非窓部）が、θｖよりも４゜以上大きければ、一層の低楕円率化が図れるのでより望ましい。
【００１５】
（３）また、本発明は、前記光出射部から放射される垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１４度以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。これにより、θｈが例えば１０゜の場合に楕円率が１．４以下となるため、整形プリズムなどの整形手段を用いなくても良好なビーム利用効率が得られる。さらに、垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１３度以下であれば、一層の低楕円率化が図れるのでより望ましい。また、垂直放射光広がりの半値幅が９度以上１２度以下であれば、より望ましい。
【００１６】
（４）また、本発明は、垂直放射光ピークの軸ずれが−１゜から１゜の間であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。本発明者は、窓長さが４８μｍ以上８０μｍ以下の場合に、θｖが極小になるとともに垂直放射光ピークの軸ずれがゼロに近づき好適であることを見出した。さらに、軸ずれが−０．５゜以上０．５゜以下であれば、一層のビーム形状向上が図れ、ビーム利用効率が向上するのでより望ましい。
【００１７】
（５）また、本発明は、量子井戸層の層厚が６．５ｎｍ以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。量子井戸層の厚さが上記範囲より厚い場合には、ＭＱＷ層の屈折率とＭＱＷ層が無秩序化した場合の屈折率との差が小さいが、６．５ｎｍ以下であれば両者の差が大きくなるため、窓部における垂直放射角の変換量（θｖ（非窓部）−θｖ）を増大することが可能になる。量子井戸層の層厚は、６ｎｍ以下であればさらに望ましく、５．５ｎｍ以下であればより望ましい。
【００１８】
（６）また、本発明は、量子井戸数が４以上６以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザである。この範囲の量子井戸層数であれば、発振閾値の増大を抑制しながら、窓部において導波光形状の変換効果を強めることができるので、垂直放射角を減少させるのに適している。量子井戸数は、例えば４以上５以下であればさらに望ましい。
【００１９】
（７）また、本発明は、下クラッド層が活性層から離れた部分にある第１下クラッド層と活性層に近い部分にある第２下クラッド層よりなっており、第１下クラッド層のＰＬ波長が第２下クラッド層のＰＬ波長より２ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であり、前記第２下クラッド層の厚さが１．５μｍ以上３．５μｍ以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。これにより、垂直放射角が例えば１４度以下と小さい場合においても、窓部における垂直導波光形状を整えることができるため、垂直放射光形状をガウシアン分布形状に近く保つことができる。さらに、第１下クラッド層のＰＬ波長が第２下クラッド層のＰＬ波長より４ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であればより望ましい。また、さらに、前記第２下クラッド層の厚さが２．０μｍ以上３．０μｍ以下であればより望ましい。
【００２０】
（８）また、本発明は、下クラッド層が活性層から離れた部分にある第１下クラッド層と、活性層に近い部分にある第２下クラッド層よりなっており、第１下クラッド層のＰＬ波長が上クラッド層のＰＬ波長より２ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置である。これにより、垂直放射角が例えば１４度以下と小さい場合においても、窓部における垂直導波光形状を整えることができるため、垂直放射光形状をガウシアン分布形状に近く保つことができる。さらに、第１下クラッド層のＰＬ波長が上クラッド層のＰＬ波長より３ｎｍ以上５０ｎｍ以下短波長であればより望ましい。
【００２１】
（９）また、本発明は、ｎ型下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、ｐ型上クラッド層を順次積層したウエハを形成する工程と、ウエハにおける窓部を形成する部分の表面上に、ｐ型ドーパント拡散源を形成する工程と、量子井戸層を有する活性層の無秩序化を行う第１のアニール工程と、ｐ型ドーパント拡散源を除去する工程と、第２のアニール工程と、窓長さが４８μｍ以上８０μｍ以下となるように光出射面を形成する工程とを行うことを特徴とする、ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法である。非特許文献１では、窓長さを増大することにより発振閾値電流が増大することが示されているが、本発明では、第２のアニール工程を行うことによって、窓部における活性層およびその近傍のｐ型ドーパント濃度を拡散により減少させ、ｐ型ドーパントによる光の吸収損失を減少させることができるため、４８μｍ以上８０μｍ以下という長い窓部を設けても発振閾値電流の増大が抑制され、特性の悪化が抑えられる。
【００２２】
（１０）また、本発明は、ｎ型下クラッド層と、量子井戸層を有する活性層と、ｐ型上クラッド層、ｐ型キャップ層を順次積層したウエハを形成する工程と、ウエハの窓部を形成する部分におけるｐ型キャップ層の表面にｐ型ドーパント拡散源を形成する工程と、量子井戸層を有する活性層の第１の無秩序化を行うアニール工程と、ｐ型ドーパント拡散源と窓部におけるｐ型キャップ層を除去する工程と、第２のアニール工程と、光出射面近傍における窓長さが４８μｍ以上８０μｍ以下となるように光出射面を形成する工程とを行うことを特徴とする、ＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法である。非特許文献１では、窓長さを増大することにより発振閾値電流が増大することが示されているが、本発明では、第１のアニール工程後にｐ型ドーパントが高濃度で含まれている窓部におけるｐ型キャップ層を除去した上で第２のアニール工程を行うことによって、窓部における活性層およびその近傍のｐ型ドーパント濃度を拡散により減少させ、ｐ型ドーパントによる光の吸収損失を減少させることができるため、４８μｍ以上８０μｍ以下という長い窓部を設けても発振閾値電流の増大が抑制され、特性の悪化が抑えられる。
【００２３】
（１１）また、本発明は、量子井戸層の層厚が６．５ｎｍ以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法である。量子井戸層厚がこの範囲であれば、本製造方法を用いることにより、窓部において垂直放射角の低下を図ることができる。
【００２４】
（１２）また、本発明は、量子井戸層数が４以上６以下であることを特徴とするＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法である。量子井戸層数がこの範囲であれば、本製造方法を用いることにより、窓部において垂直放射角の低下を図ることができる。
【００２５】
（１３）また、本発明は、第２のアニール工程における温度が５７０℃以上８５０℃以下であるＡｌＧａＩｎＰ系窓構造半導体レーザ装置の製造方法である。この温度範囲で第２のアニール工程を行うことにより、窓部の活性層におけるｐ型ドーパントが拡散する一方、非窓部の活性層へのｐ型ドーパントの拡散が抑制される範囲であるため、発振閾値電流の増加が抑制され良好な特性の半導体レーザが製造できる。１時間から４時間のアニールの場合、５７０℃以上７５０℃以下であれば、発振閾値特性の増加が抑制され良好な特性の半導体レーザが製造できる。さらに、１時間から４時間のアニールの場合、６００℃以上７４０℃以下がより好適である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、窓長さを延長した場合に窓部において導波光の垂直分布形状が変換される効果を積極的に用いることにより、発振閾値電流の増大を抑制しつつ（非窓部における量子井戸層内の光強度の減少を抑制しつつ）、垂直放射角が９゜以上１４゜以下と小さいため楕円率が１に近く、垂直放射光形状が良好な半導体レーザを提供できる。従って、本発明の半導体レーザは例えば光ディスク用としての光利用効率に優れている。それに伴い、本発明の半導体レーザにより、レーザ光の利用効率を低下させることなくシンプルな構成の光ディスク用ピックアップが得られ、光ピックアップの小型軽量化や高速アクセス化が可能になる。
【００２７】
また、より好ましくは、本発明は、窓長さを延長した場合に導波光の垂直分布形状が変換される効果を強めるために、量子井戸層の層厚を薄くする、あるいは層数を増大している。これにより、さらに垂直放射角を小さくすることができる。
【００２８】
また、より好ましくは、本発明は、窓長さを延長した場合に窓部における光の吸収損失が増大することを防止するため、窓部形成の第１のアニール工程に引き続き、ｐ型ドーパント拡散源を除去した状態で第２のアニールを行っている。これに伴い窓長さを延長した場合の光損失増大が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、添付図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、本明細書において、（ＡｌxＧａ1-x）ｙＩｎ1-yＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１である）をＡｌＧａＩｎＰと、ＧａzＩｎ1-zＰ（ただし、０≦ｚ≦１である）をＧａＩｎＰと、ＡｌrＧａ1-rＡｓ（ただし、０≦ｒ≦１である）をＡｌＧａＡｓとそれぞれ略記することがある。
【００３０】
混晶比を表す数値は厳密なものではなく、例えばＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐと記されている場合の０．５はほぼ０．４５から０．５５の範囲に入ることを示すに過ぎない。また小数点以下２桁まで記入している場合であってもそれは設定値であって、実際の値と異なる場合がある。また、半導体レーザのＡｌＧａＩｎＰ各層のＡｌ混晶比を実際に測定する方法として、ＰＬ波長（フォトルミネッセンス法により発光する光の波長）の測定を行っている。ＰＬ波長と屈折率・Ａｌ混晶比の関係は、数式を仮定して算出している。
【実施例１】
【００３１】
（実施例１の半導体レーザの構造）
本実施例の半導体レーザの構造を説明する。模式的な上面図である図１に示すように、本実施例の半導体レーザは、リッジ領域１５０、リッジサイド領域１５１、テラス領域１５２が形成され、リッジ領域１５０およびその近傍におけるアンドープＭＱＷ層１０６（後述）を中心とする領域に光が分布する。光出射端面１５５と後端面１５６よりそれぞれＬ1（６０μｍ）、Ｌ2（６０μｍ）の範囲に窓部１３１・窓部１３２が形成され、それ以外の領域は非窓部１３３となっている。光出射端面１５５、後端面１５６にはそれぞれ前面反射防止膜１５７と後面反射膜１５８とが形成されている。
【００３２】
図１に示す半導体レーザのＩＶ−ＩＶ線における断面図を図２に示す。本実施例の半導体レーザでは、非窓部１３３において、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１、ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層１０２、ｎ型（Ａｌ0.68Ｇａ0.32）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１下クラッド層１０３（厚さ１．５μｍ）、ｎ型（Ａｌ0.64Ｇａ0.36）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２下クラッド層１０４（厚さ２．５μｍ）、アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下ガイド層１０５（厚さ０．０１μｍ）、アンドープＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層１０６、アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上ガイド層１０７（厚さ０．０１μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.66Ｇａ0.34）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１上クラッド層１０８（厚さ０．１９μｍ）、ｐ型Ｇａ0.6Ｉｎ0.4Ｐエッチングストップ層１０９（厚さ０．０１μｍ）、ｐ型（Ａｌ0.66Ｇａ0.34）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２上クラッド層１１０（厚さ１．５μｍ）、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐ中間バンドギャップ層１１１（厚さ０．０３μｍ）、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２（厚さ０．５μｍ）が順次形成されている。層１０３、層１０４におけるｎ型ドーパントはＳｉであって原子濃度は８×１０17ｃｍ-3、層１０８、層１１０におけるｐ型ドーパントはＭｇであって原子濃度は１．２×１０18ｃｍ-3、層１１１におけるｐ型ドーパントはＭｇであって原子濃度は２．５×１０18ｃｍ-3、層１１２におけるｐ型ドーパントはＺｎであって原子濃度は１．０×１０19ｃｍ-3である。
【００３３】
アンドープＭＱＷ層１０６は、４つの厚さ５ｎｍのＧａ0.46Ｉｎ0.54Ｐ量子井戸層（１０６Ａ・１０６Ｃ・１０６Ｅ・１０６Ｇ）の間に、３つの厚さ６ｎｍの（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（１０６Ｂ・１０６Ｄ・１０６Ｅ）が挿入されることによって構成されている。アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下ガイド層１０５、アンドープＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層１０６、アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上ガイド層１０７を合わせて活性層と呼ぶこととする。
【００３４】
窓部１３１・窓部１３２においては、アンドープＭＱＷ層１０６が、無秩序化された窓部のＭＱＷ層１０６Ｗになっている。また、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２上にＳｉＯ2カバー層１１５が形成され、窓部１３１・窓部１３２に電流が流れないようになっている。なお、窓部１３１・窓部１３２・非窓部１３３の断面方向（ｙ方向）の範囲は、図２において層１０１から層１１５までの各層を指すものとする。
【００３５】
ｎ側電極１２０は、ｎ型基板１００の表面よりＡｕＧｅ層、Ｎｉ層、Ｍｏ層およびＡｕ層がこの順序で積層されることによって形成されており、ｐ側電極１２１は、非窓部１３３におけるｐ型キャップ層１１２上および窓部１３１・窓部１３２上のＳｉＯ2カバー層１１５上にＡｕＺｎ層、Ｍｏ層およびＡｕ層がこの順序で積層されることによって形成されている。
【００３６】
光出射端面１５５上の前面反射防止膜１５７（反射率８％）はＡｌ2Ｏ3層であって、後端面１５６上の後面反射膜１５８（反射率９０％）はＡｌ2Ｏ3層、Ｓｉ層、Ａｌ2Ｏ3層、Ｓｉ層およびＡｌ2Ｏ3層が光出射端面１５５側からこの順序で積層されることによって形成されている。共振器長（光出射端面１５５から後端面１５６までの距離）は１３００μｍである。
【００３７】
ｎ側電極１２０・ｐ側電極１２１間に電流を流すことによって、非窓部１３３においてはＭＱＷ層１０６にピークを有する導波光１６０が、窓部１３１においては導波光１６０Ｗが分布する。
【００３８】
（実施例１の半導体レーザの製造方法）
本実施例の半導体レーザは以下のようにして製造される。図１に示す半導体レーザのＩＶ−ＩＶ線における製造中の断面を図３に示す。ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１０１からｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２までの各層をＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で順次成膜する。
【００３９】
次に、図３に示すように、窓部１３１・窓部１３２となる領域におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２の上に、ｐ型ドーパント拡散源であるＺｎＯ膜１４０とその上を覆うＳｉＯ2膜１４１を形成する。非窓部１３３となる領域においては、ＺｎＯ膜１４０を設けず、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２上に直接ＳｉＯ2膜１４１を形成する。第１のアニール（５２０℃２時間）により、ＺｎＯ膜１４０が形成されている部分の下においてｐ型ドーパント（主としてＺｎＯ膜１４０中のＺｎの拡散に誘起されて動く第１・第２上クラッド層１０８・１１０におけるドーパントのＭｇ）が動くことに伴い、Ａｌ・Ｇａ・Ｉｎの分布が無秩序化（混合化）されたＭＱＷ層１０６Ｗを有する窓部１３１・窓部１３２を形成する。
【００４０】
窓部１３１・窓部１３２における量子井戸層（１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅ，１０６Ｇ）とバリア層（１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆ）の無秩序化について説明する。図６において、横軸がｙ方向（層厚方向）距離、縦軸が（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ材料のＡｌ混晶比ｘであり、線Ｖは窓構造を形成しない場合の量子井戸層およびその近傍のＡｌ混晶比分布、線Ｗは窓構造を形成した場合の量子井戸層およびその近傍のＡｌ混晶比分布を示している。このように窓部においては量子井戸層１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅ，１０６Ｇが、下ガイド層１０５、バリア層１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆ、上ガイド層１０７と混ざりあったＡｌ混晶比ｘ分布Ｗを有するＭＱＷ層１０６Ｗになっている。光の吸収波長端は、Ａｌ混晶比ｘが大きくなると短波長になるため、透明になる。例えばＡｌ混晶比ｘが０．２５の場合、その光吸収波長端はＡｌ混晶比ｘが０の場合に対して約５０ｎｍ短波長となるため、発振波長に対して透明になる。このため、光出射端面における光吸収が低減される。ＭＱＷ層１０６はもともとアンドープであったが、この工程により窓部１３１・窓部１３２のＭＱＷ層１０６Ｗにおいては原子濃度の高い（例えば２×１０18ｃｍ-3以上）ｐ型ドーパントが入る。
【００４１】
ＺｎＯ膜１４０およびＳｉＯ2膜１４１を除去した後、図１に示す半導体レーザのＩＩＩ−ＩＩＩ線における製造中の断面図である図４に示すように、リッジ領域１５０およびテラス領域１５２となる部分の上部にＳｉＯ2膜１４２をフォトリソグラフィーによって形成し、それをマスクとしてリッジサイド領域１５１をエッチングストップ層１０９までエッチングする。これにより図５に示すように、幅が約２μｍのリッジ領域１５０が形成される。ＳｉＯ2カバー層１１５を全面に形成する。
【００４２】
このＺｎＯ膜１４０およびＳｉＯ2膜１４１が除去された状態で、６８０℃２時間の第２のアニールを行う。これにより、窓部１３１・窓部１３２においては無秩序化を引き起こすｐ型ドーパント（主としてＺｎＯ膜１４０中のＺｎの拡散に誘起されて動く第１上クラッド層１０８・第２上クラッド層１１０におけるドーパントのＭｇ）が分散することにより、ｐ型ドーパントのＭＱＷ層１０６およびその近傍における原子濃度が低下する（例えば７×１０17ｃｍ-3以下）。過剰なｐ型ドーパントの存在による光吸収が低減されることにより、非特許文献１に示されるような窓長さ増大に伴う発振閾値電流の増大が観測されなくなった。第２のアニール温度と発振閾値電流の関係を図７に示す。Ｊは、第２のアニール時間が２時間、Ｋは第２のアニール時間が１分の場合である。Ｊの場合は、５７０℃以上７５０℃以下で発振閾値電流が６０ｍＡ以下、Ｋの場合は７００℃以上８５０℃以下で発振閾値電流が６０ｍＡ以下となり好適である。また、Ｊの場合、６００℃以上７４０℃以下がより好適であり、Ｋの場合、７３０℃以上８４０℃以下がより好適である。この範囲より第２のアニール温度が低いと、窓部における過剰なｐ型ドーパントによる閾値増大が生じ、またこの範囲より第２のアニール温度が高いと、非窓部１３３においてｐ型ドーパントのＭＱＷ層１０６への拡散が生じるため発振閾値電流の増大が生じる。なお、第２のアニール時間が１時間から４時間の範囲では、ほぼ図７のＪに相当する傾向が得られる。
【００４３】
第２のアニール工程の後、非窓部１３３におけるリッジ領域１５０上についてＳｉＯ2カバー層１１５を除去する。なお、窓部１３１・窓部１３２においてはｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２上に絶縁膜であるＳｉＯ2カバー層１１５が形成されたままであるため、無効電流が流れることが防止されている。
【００４４】
図２に示すｎ側電極１２０・ｐ側電極１２１を形成したあと、ウエハを窓部１３１・窓部１３２で結晶の劈開により分割し、得られた光出射端面１５５、後端面１５６にそれぞれ前面反射防止膜１５７、後面反射膜１５８を形成する。レーザをチップに分割して、ステムに実装し、リード線をワイヤボンドすることにより半導体レーザ素子が完成する。
【００４５】
（実施例１の半導体レーザの特性）
本実施例の半導体レーザは以下の特性を有する。光出力１００ｍＷの場合にθｖ＝１１゜が得られ、θｈ＝１０゜であることから、楕円率１．１が実現できた。また、発振波長は６６０ｎｍ、発振閾値電流は５７ｍＡであった。また、パルス駆動（パルス幅５０ｎｓ、ｄｕｔｙ  ｃｙｃｌｅ＝５０％）の光出力２４０ｍＷにおいて、θｖ＝１１゜、θｈ＝１０．５゜であった。
【００４６】
（実施例１の窓長さＬ1と垂直放射角の関係）
窓部１３１における垂直放射角が窓長さＬ1によって変化する現象を説明するため、ＢＰＭ法（Ｂｅａｍ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）によるシミュレーションを行った。その際、本発明者はＡｌ混晶比と屈折率の関係に着目した。従来、（ＡｌxＧａ1-x）0.5Ｉｎ0.5Ｐ材料の屈折率ｎは、Ａｌ混晶比ｘに対してほぼ線形に変化すると考えられていた。この場合、窓部形成前もしくは非窓部のＭＱＷ層１０６における層１０６Ａから１０６Ｇの屈折率の加重平均と、窓部形成後のＭＱＷ層１０６Ｗの屈折率はほぼ同じになる。従って図２に示す非窓部１３３における導波光１６０と窓部１３１における導波光１６０Ｗの垂直分布形状はほぼ同一となり、窓部での垂直放射角変換効果は現れてこない。本発明者は、屈折率ｎとＡｌ混晶比ｘの関係が線形でなければ、窓部と非窓部の屈折率が異なるため、窓部での垂直放射角変換効果が起こりうると推定した。そこで、波長と１／（ｎ2−１）の関係に非線形性があることを示した下記参考文献に示されている数式とパラメータをもとに、本発明者はＡｌ混晶比ｘと屈折率の関係を具体的に求めた。
（参考文献）Ｙａｗａｒａ  Ｋａｎｅｔｏ  ａｎｄ  Ｋａｔｓｕｍｉ  Ｋｉｓｈｉｎｏ，  “Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｉｃｅｓ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  （ＧａＩｎＰ）m／（ＡｌＩｎＰ）n  ｑｕａｓｉ−ｑｕａｔｅｒｎａｒｉｅｓ  ａｎｄ  ＧａＩｎＰ／ＡｌＩｎＰ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ７６，  Ｎｏ．３，  １９９４，  ｐａｇｅ  １８１５
［数１］
ＥΓ＝（Ｅ0−Ａ）／Ｂ、  ただしＡ＝２．７９、Ｂ＝０．７２８・・（２）
Ｅ0＝４．１７−０．４９ｘ・・（３）
Ｅd＝３５．７９−１．１６ｘ・・（４）
Ｅp＝１２４０／λ・・（５）、ただしλは光の波長（ｎｍ）
ただし、ＥΓ、Ｅ0、Ｅd、Ｅpの単位はｅＶ（エレクトロンボルト）である。
【００４７】
本発明者が求めたＡｌ混晶比ｘと屈折率ｎの関係を図８のＴに示す。図８中のＡが量子井戸層の屈折率、Ｂがバリア層の屈折率である。非窓部１３３のＭＱＷ層１０６においては、量子井戸層とバリア層が独立に存在するが、層厚が薄いため、両者の加重平均的な屈折率の層が存在すると考えて計算することができる。そのときの屈折率はＣ０の点になる。一方窓部１３１のＭＱＷ層１０６Ｗでは、実際に量子井戸層とガイド層が無秩序化（混合化）されているので、曲線Ｔに沿った屈折率Ｃ１になる。
【００４８】
シミュレーションでは、非窓部１３３のＭＱＷ層１０６の屈折率をＣ０、窓部１３１のＭＱＷ層１０６Ｗの屈折率をＣ１と仮定することによって、図９に示す窓長さ（横軸）と垂直放射角（縦軸）の関係を導くことができた。窓長さが６０μｍでθｖが極小値１１゜をとり、実測値とほぼ一致した。このとき、窓長さが０μｍの場合の垂直放射角半値幅の計算値は１５゜であるので、非窓部のθｖ（非窓部）と窓部のθｖとの差は４゜である。非窓部の導波光１６０に対応するθｖ（非窓部）を実際に測定するためには、この半導体レーザの光出射端面１５５を形成する際の劈開位置を変更して、非窓部で劈開すればよいが、その場合の最大光出力は窓部がある場合に比べて低くなる。
【００４９】
（実施例１の窓長さＬ1と垂直放射光の軸ずれφｖとの関係）
垂直放射光の形状としては、θｖがθｈに近いことの他に、垂直放射光の軸ずれφｖがほぼゼロであり、垂直放射光形状がガウシアン分布形状に近いことが望ましい。
【００５０】
図１０は、窓長さＬ1と垂直放射光の軸ずれφｖ（光出射端面１５５から鉛直な方向と、垂直放射光のピーク位置とのずれ）の関係を示している。窓長さが短い場合に、φｖの絶対値が１度以上ずれるが、窓長さである６０μｍにおいて、垂直放射光の軸ずれφｖがほぼゼロになる。この窓長さはθｖが極小となる値でもあるため、光ディスク用レーザとして好適に使用できる。
【００５１】
（実施例１の下クラッド層構造と垂直放射角のガウシアン分布形状からのずれとの関係）
本実施例において、垂直放射光形状をガウシアン分布形状（角度θに対する光強度がガウス分布式ｅｘｐ（−（θ／Ｃ）2）で表記される形状、Ｃは定数）に近づけるため、下クラッド層を第１下クラッド層１０３と第２下クラッド層１０４に分けている。
【００５２】
図１１に、ｙ方向の屈折率分布Ｒ、非窓部１３３での導波光１６０のｙ方向の光強度分布、光出射端面１５５での導波光１６０Ｗのｙ方向の光強度分布を示す。ＭＱＷ層１０６に近い側の第２下クラッド層１０４の屈折率をｎ＝３．２６４（ＰＬ波長２＝５３３ｎｍ）としているのに対して、ＭＱＷ層１０６から離れた側の第１下クラッド層１０３の屈折率をｎ＝３．２５１（ＰＬ波長１＝５２７ｎｍ）と低くしている。本実施例においては、第２下クラッド層１０４の厚さを２．５μｍと非常に厚くすることにより、非窓部において導波光１６０が事実上広がっていない領域に屈折率の低い第１下クラッド層１０３を配している。また、第１下クラッド層１０３の屈折率が第１上クラッド層１０８・第２上クラッド層１１０の屈折率ｎ＝３．２５８（ＰＬ波長３＝５３０ｎｍ）より低くしている。従来の考えでは、非窓部１３３における導波光１６０と窓部１３１における導波光１６０Ｗの広がりはほぼ等しいため、第１下クラッド層を十分に厚くした構成では、第１下クラッド層１０３は存在しないのと同じであった。しかし本発明では、屈折率とＡｌ混晶比との関係が図８に示す非線形性を有することにより、図１１の窓部１３１における導波光１６０Ｗが、非窓部１３３における導波光１６０よりも大きく垂直方向に広がると想定している。その場合に屈折率が低く光分布が広がりにくい第１下クラッド層１０３が光分布の広がりを適度に抑制し、そのことにより垂直放射光の形状を整え、ガウシアン分布形状に近づける働きを有している。垂直放射光形状のシミュレーション結果は図１２のようになる。
【００５３】
比較例として、図１３に第１下クラッド層を１０３Ｃとした場合（第１クラッド層１０３の屈折率が第２下クラッド層１０４の屈折率に等しいとした場合）の屈折率分布Ｒ２、およびその場合の非窓部１３３での導波光１６０Ｃのｙ方向の光強度分布、光出射端面１５５での導波光１６０ＷＣのｙ方向の光強度分布を示す。光出射端面１５５で導波光１６０ＷＣはＷＣＬとして示す裾部が広がり、この成分に起因して放射光形状がガウシアン分布形状からずれる。垂直放射光形状のシミュレーション結果を図１４の実線に、この実線にフィットさせたガウシアン分布形状を点線に示す。この比較例においては、垂直放射光形状の裾部分ＦＬがガウシアン分布形状から大きくずれている。第１下クラッド層１０３の屈折率を実施例１の値にすることにより、図１２に示すように放射光形状が大きく改善されていることがわかる。
【００５４】
第１下クラッド層１０３と下ガイド層１０５の間の距離（本実施例では第２下クラッド層１０４の厚さと同じ）は、１．５μｍ以上３．５μｍ以下が適当であり、２．０μｍ以上３．０μｍ以下がより望ましい。１．５μｍ未満の場合には、非窓部において光が第１下クラッド層１０３に入ってくるため、θｖが低減されにくくなる。逆に３．５μｍを越える場合には、非窓部においても第１下クラッド層１０３がない場合と同じになり、放射光形状をガウシアン分布形状に近づけにくくなる。また、ＰＬ波長１がＰＬ波長２より６ｎｍ短波長としたが、２ｎｍ以上短波長であれば放射光をガウシアン分布形状に近づける効果があり、４ｎｍ以上がより望ましい。ＰＬ波長差の上限は、第１下クラッド層１０３がＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐでできている場合であり、約５０ｎｍ短波長となる。
【００５５】
また、ＰＬ波長１がＰＬ波長３より３ｎｍ短波長としたが、ＰＬ波長３より２ｎｍ以上短波長であれば導波光１６０Ｗが第１下クラッド層１０３に入るのを制限する働きがあるため、放射光をガウシアン分布形状に近づける効果がある。
【実施例２】
【００５６】
（実施例２の半導体レーザの構造）
実施例２の構造が実施例１と異なる点を説明する。上面図である図１において、窓長さＬ1およびＬ2を７０μｍにしている。断面図である図２において、アンドープＭＱＷ層１０６は、６つの厚さ３ｎｍのＧａ0.43Ｉｎ0.57Ｐ量子井戸層（１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅ，１０６Ｇ，１０６Ｉ，１０６Ｋ）と５つの厚さ５ｎｍの（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（１０６Ｂ，１０６Ｄ，１０６Ｆ，１０６Ｈ，１０６Ｊ）が交互に積層されることによって形成されている。下ガイド層１０５および上ガイド層１０７の厚さを０．００５μｍとした。
【００５７】
実施例２では、アンドープＭＱＷ層１０６中の各量子井戸層を、層厚を３ｎｍとした１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅ，１０６Ｇ，１０６Ｉ，１０６Ｋに変更するとともに、量子井戸層数を４から６に増加することによって、量子井戸層厚の和をほぼ同一にして、光閉じ込め係数をほぼ同じにしている。また、量子井戸層の層厚が薄くなることにより量子効果が顕著になるため、Ｇａ1-yＩｎyＰ量子井戸層のＩｎ混晶比ｙを増大することにより量子井戸層の圧縮歪量を増大してレーザ発振波長が同一になるようにした。
【００５８】
（実施例２の半導体レーザの特性）
光出力１００ｍＷの場合にθｖ＝９．５゜と、実施例１よりさらに低減することができた。θｈ＝９．５゜であるので楕円率１．０を実現できた。閾値電流値は６３ｍＡであった。このとき、非窓部（窓長さが０μｍの場合）の垂直放射角半値幅の計算値は１３．３゜であり、非窓部のθｖ（非窓部）と窓部のθｖとの差は３．８゜である。
【００５９】
（実施例２の半導体レーザにおいて窓部における垂直放射角の変化量が増大することの説明）
図１５は、図８に対し、量子井戸層を薄くした場合の屈折率ＡＡを加えている（屈折率Ａとの差を強調して表示している）。屈折率が実施例１におけるＡからＡＡに変わるために、非窓部１３３での平均的なＡｌ混晶比に対する屈折率はＣＣ０に変化する。一方、窓部１３１での屈折率はＣ０でありほとんど変化しない。従って、非窓部１３３から窓部１３１に伝播する光が感じるＭＱＷ層の屈折率変化が、ＣＣ０とＣ１の差になり、Ｃ０とＣ１の差より大きくなる。従って、量子井戸層厚が厚い場合よりθｖを小さくすることができる。
【００６０】
Ｃ０あるいはＣＣ０といった非窓部でのＭＱＷ層の屈折率とＣ１との差がある程度あり、非窓部と窓部で垂直放射角の変換が起こるためには、量子井戸層厚が６．５ｎｍ以下であることが望ましく、５．５ｎｍ以下であればよりよい。一方、製造ばらつきの点から見て好ましい量子井戸層厚の下限は、２．５ｎｍと考えられる。この程度になると、量子効果が顕著になるため、わずかな層厚変化でレーザの発振波長が変化するようになり、製造ばらつきが増大する。また、量子井戸層厚を薄くすると量子井戸層を増やして全量子井戸層厚をほぼ一定にする必要があるが、量子井戸層とバリア層の界面数が増えるため、界面における非発光再結合の増大に伴い、発振閾値電流が増大する。従って量子井戸層厚が２．５ｎｍ以上あることが望ましく、３ｎｍ以上であればよりよい。
【実施例３】
【００６１】
（実施例３の半導体レーザの構造）
実施例３の構造が実施例１と異なる点を説明する。製造途中の断面図である図１６において、窓長さＬ1およびＬ2を５０μｍにしている。また後述するように、延長された電流非注入領域１３４・１３５を設けている。アンドープＭＱＷ層１０６は、３つの厚さ６ｎｍのＧａ0.48Ｉｎ0.52Ｐ量子井戸層（１０６Ａ，１０６Ｃ，１０６Ｅ）と２つの厚さ５ｎｍの（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層（１０６Ｂ，１０６Ｄ）が交互に積層されることによって形成されている。下ガイド層１０５および上ガイド層１０７の厚さを０．０１５μｍとした。
【００６２】
（実施例３の半導体レーザの製造方法）
実施例３の製造方法が実施例１と異なる点を説明する。図３に示した製造中の状態で第１のアニールを行う。この工程で、ｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２中のｐ型ドーパント原子濃度は、設定値で１×１０19ｃｍ-3と高く、第１のアニールによってＺｎＯ膜１４０からＺｎが供給されるためさらに高い原子濃度になる。ＺｎＯ膜１４０およびＳｉＯ2膜１４１を除去した後、図１に示す半導体レーザのＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面図である図４に示すように、リッジ領域１５０およびテラス領域１５２となる部分の上部にＳｉＯ2膜１４２をフォトリソグラフィーによって形成し、それをマスクとしてリッジサイド領域１５１をエッチングストップ層１０９までエッチングする。
【００６３】
その後で、半導体レーザのＩＶ−ＩＶ線断面図である図１６に示すように窓部１３１・窓部１３２におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２を除去し、ＳｉＯ2カバー層１１５を全面に形成する（このうち後に除去する部分をＳｉＯ2カバー層１１５Ｒとした）。
【００６４】
図１６に示す状態で、６８０℃２時間の第２のアニールを行う。これにより、第２のアニール時にｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２中の高原子濃度のｐ型ドーパントが窓部のＭＱＷ層１０６Ｗに拡散することがなくなるため、ＭＱＷ層１０６Ｗ中のｐ型ドーパント濃度を下げやすくなる。
【００６５】
第２のアニール後にＳｉＯ2カバー層１１５Ｒが除去され、そこにｐ側電極１２１が形成されることにより、電流が注入できるようになる。
【００６６】
領域１３４・１３５は、延長された電流非注入領域である。実施例１においては窓部１３１・窓部１３２におけるｐ型ＧａＡｓキャップ層１１２の上にＳｉＯ2カバー層１１５が形成されており、電流の注入領域を阻止していた。実施例３においては、窓長さＬ1よりも１０μｍだけ電流非注入領域を延ばした領域１３４・１３５を設けることにより、窓部１３１・１３２に流れる無効電流をより低減している。領域１３４もしくは領域１３５の長さは、５μｍから２０μｍ程度が望ましい。
【００６７】
（実施例３の半導体レーザの特性）
光出力１００ｍＷの場合にθｖ＝１３．５゜となった。θｈ＝１０゜であることから楕円率は１．３５となった。閾値電流値は５１ｍＡであった。このとき、非窓部（窓長さが０μｍの場合）の垂直放射角半値幅の計算値は１７゜であり、非窓部のθｖ（非窓部）と窓部のθｖとの差は３．５゜である。
【００６８】
（実施例１・２・３における窓長さと垂直放射角の関係）
図１７に、窓長さ（横軸）と垂直放射角（縦軸）のシミュレーション結果を、実施例１の場合をＦ、実施例２の場合をＥ、実施例３の場合をＧとして記載する。θｖの極小値をとる窓長さに注目すると、θｖの極小値が小さくなるほど窓長さが長くなることが分かる。領域Ｈが、本発明に係る顕著な効果が表れる窓長さとθｖの領域である。
【００６９】
（実施例１・２・３における垂直放射角と発振電流の関係）
図１８は、垂直放射角と発振閾値電流の関係を示し、Ｐは窓長さを２０μｍ一定とした従来の場合（シミュレーション結果）、Ｑはθｖに合わせて窓長さを最適化した実施例１、実施例２、実施例３の場合を示す。本発明では、図２に示した非窓部１３３における導波光１６０の垂直光強度分布に対して、光出射端面１５５における導波光１６０Ｗの垂直光強度分布の広がりを増大させることにより、発振閾値電流の増加を抑制しつつθｖを小さくすることが可能である。
【００７０】
（実施例１・２・３の半導体レーザにおける変更例）
本発明は、以下の変更を行うことができる。
【００７１】
光出射端面１５５・後端面１５６を形成するために、ウエハを窓部１３１・窓部１３２で結晶の劈開により分割したが、ドライエッチング法などで光出射端面を形成してからダイシング法などによりウエハを分割してもよい。
【００７２】
カバー層１１５として、酸化シリコン膜を用いたが、窒化シリコン膜などの誘電体膜を用いてもよい。また、ｎ型ＡｌＩｎＰ、ｎ型ＧａＡｓ、あるいはｎ型ＡｌＩｎＰ上にｎ型ＧａＡｓを設けた層などの半導体電流阻止層を形成してもよく、その場合、第２クラッド層との屈折率差が小さくなるため水平方向の導波光形状が安定する。また、熱膨張率差の低減が図れるため、プロセス中の熱処理によっても特性悪化を生じにくくすることができる。
【００７３】
カバー層をなくしてエッチングストップ層または第２上クラッド層上に直接電極を形成した構造としてもよく、その場合は電極がカバー層を兼ねていると考えられる。
【００７４】
光出射端面１５５側の窓部１３１の窓長さＬ1と、後端面１５６側の窓部１３１の窓長さＬ2を同一としたが、Ｌ2はＬ1と異なる値でも良く、例えば２０μｍでもよい。Ｌ2が短い方が、電流注入に寄与する非窓部１３３が長くなるため放熱が良好となり、また後端面１５６側の窓部での光損失が低減するといった利点がある。
【００７５】
窓部１３１・窓部１３２は、図１に示すようにリッジ領域１５０・リッジサイド領域１５１・テラス領域１５２すべてに形成したが、光導波路となるリッジ領域１５０およびその近傍のリッジサイド領域１５１だけに形成することによっても同じ効果が得られる。
【００７６】
第１下クラッド層１０３、第２下クラッド層１０４、第１上クラッド層１０８、第２上クラッド層１１０はさらに多層に分割されていてもよく、Ａｌ混晶比が不均一であってもよい。不均一であってもその層における平均的なＡｌ混晶比が本実施例とほぼ同じであれば、ほぼ同様の垂直放射角が得られる。
【００７７】
光ディスク用でなく単なる励起光源として用いる場合には、リッジ領域１５０の幅光導波路幅を例えば５０μｍと広く、横モード（ｘ方向の導波光形状）がマルチモードの発振を行う高出力レーザとしてもよい。
【００７８】
下ガイド層１０５と上ガイド層１０７の厚さを同一としたが、下ガイド層を薄く、上ガイド層を厚くしてもよく、逆に下ガイド層を厚く、上ガイド層を薄くしてもよい。
【００７９】
アンドープＭＱＷ層１０６に含まれる量子井戸層を３、４あるいは６といった複数としたが、量子井戸層を単一としてもよい。アンドープでなく、わずかに（例えばｐ原子濃度＝１〜５×１０17ｃｍ-3）ドーピングされていてもよい。
【００８０】
下ガイド層・上ガイド層とバリア層のＡｌ混晶比およびＩｎ混晶比を同一としたが、ガイド層とバリア層のＡｌ混晶比もしくはＩｎ混晶比を異なるものとしてもよい。
【００８１】
ｎ型第１下クラッド層、ｎ型第２下クラッド層のドーパントとしては、Ｓｉ以外にＳｅを用いることができる。
【００８２】
ｐ型第１上クラッド層、ｐ型第２上クラッド層、ｐ型ＧａＡｓキャップ層のドーパントとしては、Ｍｇ以外にＢｅまたはＺｎなどを用いることができる。Ｂｅを用いる場合はＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＭｇまたはＺｎを用いる場合はＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて化合物半導体各層を形成するのが一般的である。
【００８３】
窓部の形成手法としては、ＺｎなどＩＩ族原子を拡散させ、ＩＩ族原子がＧａＡｓ中のＧａ、ＡｌＧａＩｎＰ中のＡｌ、ＧａあるいはＩｎの拡散を促進しＭＱＷ層を無秩序化する、いわゆるＩＩＬＤ法（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）法を用いた。この場合、拡散源として、ＺｎＯ（酸化亜鉛）の代わりにｐ型ドーパント拡散となる膜、例えば酸化ベリリウム、酸化カドミウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウムなどの酸化物、硫化亜鉛、硫化ベリリウム、硫化カドミウム、硫化マグネシウム、硫化カルシウムなどの硫化物、亜鉛、ベリリウム、カドミウム、マグネシウム、カルシウムなどの単体元素を用いることができる。また窓部の形成手法として、窓部上にＳｉＯ2層などの誘電体層を形成し、加熱時におけるＶ族原子（Ａｓ、Ｐなど）の空孔の拡散を利用するＩＦＶＤ法（Ｉｍｐｕｒｉｔｙ  Ｆｒｅｅ  Ｖａｃａｎｃｙ  Ｄｉｓｏｒｄｅｒｉｎｇ）法や、イオン注入後にアニールすることによって無秩序化を行う手法を用いてもよい。ＩＦＶＤ法は窓部のＭＱＷ層１０６Ｗに高濃度のｐ型ドーパントが蓄積しないという利点を有している。
【００８４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施例１に係る窓構造半導体レーザの上面図である。
【図２】実施例１に係る窓構造半導体レーザの断面図である。
【図３】実施例１に係る窓構造半導体レーザの製造中における断面図である。
【図４】実施例１に係る窓構造半導体レーザの製造中における断面図である。
【図５】実施例１に係る窓構造半導体レーザの製造中における断面図である。
【図６】非窓部および窓部におけるＭＱＷ層およびその近傍でのＡｌ混晶比ｘの分布についての説明図である。
【図７】実施例１における第２のアニール温度と発振閾値電流の関係を示す説明図である。
【図８】窓部における垂直放射角が窓長さによって変化する理由として考えられる、Ａｌ混晶比ｘと屈折率の関係を示す説明図である。
【図９】実施例１における窓長さと垂直放射角θｖの関係についての説明図である。
【図１０】実施例１における窓長さと垂直放射光の軸ずれφｖの関係についての説明図である。
【図１１】実施例１における非窓部と窓部での導波光分布の説明図である。
【図１２】実施例１における垂直放射光形状のシミュレーション結果である。
【図１３】実施例１の比較例における非窓部と窓部での導波光分布の説明図である。
【図１４】実施例１の比較例における垂直放射光形状のシミュレーション結果である。
【図１５】実施例２におけるＡｌ混晶比ｘと屈折率の関係を示す説明図である。
【図１６】実施例３に係る窓構造半導体レーザの製造中における断面図である。
【図１７】実施例１・２・３における窓長さと垂直放射角θｖの関係についての説明図である。
【図１８】実施例１・２・３および従来例における垂直放射角と発振閾値電流の関係についての説明図である。
【図１９】従来技術における窓構造半導体レーザの斜視図である。
【図２０】従来技術における窓構造半導体レーザにおいて、電流と光出力の関係が垂直放射角に依存していることを示す説明図である。
【図２１】従来技術における窓構造半導体レーザの窓長さと発振閾値電流の関係についての説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
１３１、１３２  窓部、  １３３  非窓部
１５０  リッジ領域、  １５１  リッジサイド領域、  １５２  テラス領域
１００  ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１  ｎ型ＧａＡｓバッファ層
１０２  ｎ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐバッファ層
１０３  ｎ型（Ａｌ0.68Ｇａ0.32）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１下クラッド層
１０４  ｎ型（Ａｌ0.64Ｇａ0.36）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２下クラッド層
１０５  アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ下ガイド層
１０６  アンドープＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）層
１０６Ｗ  窓部のＭＱＷ層
１０７  アンドープ（Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐ上ガイド層
１０８  ｐ型（Ａｌ0.66Ｇａ0.34）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第１上クラッド層
１０９  ｐ型Ｇａ0.6Ｉｎ0.4Ｐエッチングストップ層
１１０  ｐ型（Ａｌ0.66Ｇａ0.34）0.5Ｉｎ0.5Ｐ第２上クラッド層
１１１  ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐ中間バンドギャップ層
１１２  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
１１５  ＳｉＯ2カバー層
１２０  ｎ側電極、１２１  ｐ側電極
１５５  光出射端面、１５６  後端面
１５７  前面反射防止膜、１５８  後面反射膜
１０６Ａ、１０６Ｃ、１０６Ｅ、１０６Ｇ  Ｇａ0.46Ｉｎ0.54Ｐ量子井戸層
１０６Ｂ、１０６Ｄ、１０６Ｆ  （Ａｌ0.52Ｇａ0.48）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリア層
１６０、１６０Ｗ  導波光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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